农业机械学报

作者：翟亚明，李康，王策，张展羽，朱成立，陈晓安

单位：河海大学,河海大学,河海大学,河海大学,河海大学,江西省水利科学院,

关键词：土壤裂隙;土壤非均匀收缩;土壤厚度;裂隙率预测模型

基金：国家自然科学基金青年基金项目(52109053)、江苏省自然科学基金青年基金项目(BK20200523)、国家科技奖后备培育项目(20212AEI91011)、国家自然科学基金面上项目(51879071)、江西省重点研发计划项目(20203BBGL73226)和江西省水利科学院开放研究基金项目(2021SKTR03)

农田干燥收缩产生的裂隙影响土壤水力-物理结构特征，并为农田灌溉水或污染物运移产生优先通道。为揭示农田裂隙形态和基质收缩等演化特征，并对土壤裂隙率进行预测，基于室内土壤收缩及裂隙发育模拟试验，采用图像处理及形态学算法分析了裂隙几何特征，选取非侵入性局部收缩分析方法量化基质域收缩特性；根据脱湿过程中土壤孔隙由基质域向沉降域和裂隙域中的转换机理，结合收缩特征曲线VG-PENG模型、收缩几何因子Logistic函数2个子模型，提出土壤裂隙率预测模型，并对不同厚度土壤试样的裂隙率进行验证。结果表明，厚度在土壤开裂过程中对裂隙形态影响显著，表现为随着土壤厚度加大，土壤表面大裂隙宽度总体加大，且裂隙骨架密度减小，土壤收缩开裂进程放缓；土壤在干燥过程中，基质收缩呈现非均匀特征，并向块区型芯聚集，裂隙边壁区域呈现出局部集中变形区，且收缩量随土壤厚度增加而增大。裂隙率预测模型结合土壤收缩非均匀性特征，从土壤物理角度预测了裂隙率关于含水率的演化过程，有效模拟了裂隙率随含水率演化规律(模型决定系数R2>0.91)。模型弥补了以往裂隙模型未考虑收缩各向异性的不足，可为裂隙流模型构建及其土壤基质水力特征提供参数基础，有助于制定膨缩土壤修复及水分管理方案。

来源：2023年第5期

《农业机械学报》期刊编辑部

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